一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法，绝缘栅双极晶体管包括：体层，所述体层包括元胞区和环绕元胞区的过渡区，所述过渡区包括汇流区；栅极结构，位于部分元胞区上或者部分元胞区中；位于汇流区上的栅汇流条，所述栅汇流条与栅极结构的部分边缘之间具有第一开口；镇流结构，位于汇流区中且延伸至第一开口底部的部分元胞区中；阱区，位于栅极结构周围的部分元胞区中，第一开口底部的体层中具有阱区，所述阱区的导电类型与所述镇流结构的导电类型相同；位于阱区的顶部区域中的源掺杂区，所述源掺杂区的导电类型与所述阱区的导电类型相反，所述源掺杂区与所述镇流结构间隔。上述绝缘栅双极晶体管能够缓解元胞区电流集中，降低闩锁风险。降低闩锁风险。降低闩锁风险。

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法


[0001]本专利技术涉及功率器件
，具体涉及一种绝缘栅双极晶体管及其制作方法。

技术介绍

[0002]绝缘栅双极晶体管由于同时具有单极性器件和双极性器件的优点，栅压可控，通态电压低，器件自身损耗小，是高压应用中的关键组件，广泛应用于铁路、电动汽车和电力传输系统的逆变器和转换器。
[0003]如图1所示，绝缘栅双极晶体管衬底包括从上到下堆叠的体层100c、缓冲区101c和集电区11c，在背面，集电区11c与集电极电极接触。在正面，从左到右分别是元胞区1c、终端区2c。元胞区1c具有阱区6c、源掺杂区7c，阱区6c环绕源掺杂区7c，源掺杂区7c和阱区6c连接到发射电极层9c。集电区、体层和阱区形成晶体管，栅电极/氧化层与晶体管一起形成金属
‑
氧化物
‑
半导体结构，栅电极控制流向晶体管的基极电流。
[0004]栅极开通时，位于元胞区及终端区的集电区将会向体层注入高浓度空穴，元胞区中体层内的高浓度空穴可以实现电导调制，降低导通电阻，但是终端区中体层内的高浓度空穴不会显著降低导通电阻。但是在栅极关断时，空穴需要被抽走，终端区内的空穴同样需要被抽走，由于关断时，终端区较元胞区处于高电位，终端区的空穴电流最终流向低电位元胞区，紧邻终端区的元胞区边缘的元胞区承受的空穴电流最大，当电流大到一定程度时，阱区和源掺杂区的PN结导通，芯片发生闩锁。在高温下或者极端恶劣工况如大电流关断，空穴注入增强，这些不良影响变得更加严重，会降低器件性能并可能导致热损坏。以上情况适用于所有电压范围，但超高压(击穿电压>3.3kV)绝缘栅双极晶体管器件受影响更大，因为它们的终端区面积非常大，通常占总芯片面积的50％以上，元胞区边缘元胞承受的电流冲击更大。综上，现有的绝缘栅双极晶体管的闩锁风险较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于绝缘栅双极晶体管关断时，终端区空穴在元胞区边缘集中带来元胞区边缘电流拥挤，从而增加了绝缘栅双极晶体管闩锁风险的问题。
[0006]为此，本专利技术提供一种绝缘栅双极晶体管，包括：体层，所述体层包括元胞区和环绕元胞区的过渡区，所述过渡区包括汇流区；栅极结构，位于部分元胞区上或者部分元胞区中；位于汇流区上的栅汇流条，所述栅汇流条与栅极结构的部分边缘之间具有第一开口；镇流结构，位于汇流区中且延伸至第一开口底部的部分元胞区中；阱区，位于栅极结构周围的部分元胞区中，第一开口底部的体层中具有阱区，所述阱区的导电类型与所述镇流结构的导电类型相同；位于阱区的顶部区域中的源掺杂区，所述源掺杂区的导电类型与所述阱区的导电类型相反，所述源掺杂区与所述镇流结构间隔。
[0007]可选的，所述绝缘栅双极晶体管还包括：位于所述栅汇流条上且与所述栅汇流条连接的汇流导电层。
[0008]可选的，所述绝缘栅双极晶体管还包括：发射电极层，位于所述阱区上且延伸至第
一开口中，所述发射电极层与所述源掺杂区和阱区连接，所述发射电极层还与第一开口底部的镇流结构连接；镇流导电层，所述镇流导电层位于所述栅汇流条侧部的部分镇流结构上，所述镇流导电层位于汇流导电层背离所述发射电极层的侧部，所述镇流导电层与所述发射电极层等电位。
[0009]可选的，所述栅极结构位于部分元胞区上，所述栅汇流条与栅极结构的部分边缘连接。
[0010]可选的，当所述栅极结构位于部分元胞区上时，所述源掺杂区还延伸至部分栅极结构的底部；当所述栅极结构位于部分元胞区中时，所述源掺杂区位于栅极结构的侧部且与栅极结构邻接。
[0011]可选的，所述过渡区还包括栅焊盘区，所述汇流区与所述栅焊盘区连接；所述绝缘栅双极晶体管还包括：位于所述栅焊盘区上的栅导通层，所述栅导通层与所述栅汇流条连接；位于所述栅导通层上的导通导电层，所述导通导电层与所述汇流导电层连接，所述导通导电层与所述汇流导电层构成封闭的环状结构。
[0012]可选的，所述栅焊盘区位于元胞区的边角处一侧；或者，所述栅焊盘区具有相对的第一侧和第二侧以及相对的第三侧和第四侧，自第一侧至第二侧的方向垂直于自第三侧至第四侧的方向，所述元胞区仅包围所述栅焊盘区的第一侧、第二侧以及第三侧。
[0013]可选的，位于所述第一开口底部的阱区为第一阱区，第一阱区与第一开口底部的镇流结构相连；与所述第一开口间隔设置的阱区为第二阱区；所述第一阱区在所述体层表面的投影面积小于所述第二阱区在所述体层表面的投影面积。
[0014]可选的，所述第一阱区在所述体层表面的投影面积为所述第二阱区在所述体层表面的投影面积的20％～50％。
[0015]本专利技术还提供一种绝缘栅双极晶体管的制作方法，包括：提供体层，所述体层包括元胞区和环绕元胞区的过渡区，所述过渡区包括汇流区；在汇流区中以及部分元胞区中形成镇流结构；在部分元胞区上或者部分元胞区中形成栅极结构；在栅极结构周围的部分元胞区中和第一开口底部的体层中形成阱区，所述阱区的导电类型与所述镇流结构的导电类型相同；在所述阱区的顶部区域中形成源掺杂区，所述源掺杂区的导电类型与所述阱区的导电类型相反，所述源掺杂区与所述镇流结构间隔；在所述汇流区上形成栅汇流条，所述栅汇流条与栅极结构的部分边缘之间形成第一开口，所述镇流结构延伸至第一开口底部的部分元胞区中。
[0016]可选的，所述绝缘栅双极晶体管的制作方法还包括：在所述栅汇流条上形成与所述栅汇流条连接的汇流导电层。
[0017]可选的，所述绝缘栅双极晶体管的制作方法还包括：在所述阱区上形成发射电极层，所述发射电极层还延伸至第一开口中，所述发射电极层与所述源掺杂区和阱区连接，所述发射电极层还与第一开口底部的镇流结构连接；在所述栅汇流条侧部的部分镇流结构上形成镇流导电层，所述镇流导电层位于汇流导电层背离所述发射电极层的侧部，所述镇流导电层与所述发射电极层等电位。
[0018]可选的，所述过渡区还包括栅焊盘区，所述汇流区与所述栅焊盘区连接；所述绝缘栅双极晶体管的制作方法还包括：在所述栅焊盘区上形成栅导通层，所述栅导通层与所述栅汇流条连接；在所述栅导通层上形成导通导电层，所述导通导电层与所述汇流导电层连
接，所述导通导电层与所述汇流导电层构成封闭的环状结构。
[0019]本专利技术的技术方案具有以下有益效果：
[0020]本专利技术技术方案提供的绝缘栅双极晶体管，将镇流结构延伸至第一开口底部的部分元胞区中，在绝缘栅双极晶体管关断时，空穴电流将通过第一开口底部的镇流结构流出，从而减轻第一开口底部的源掺杂区中的空穴电流密度，降低第一开口底部的源掺杂区和阱区之间的PN结导通的风险。其次，由于所述源掺杂区与所述镇流结构间隔，也就是说镇流结构中没有设置源掺杂区，这样镇流结构也不会和源掺杂区形成PN结，也不存在PN结导通的情况。综上，降低了绝缘栅双极晶体管发生闩锁的风险。
[0021]进一步，还包括：位于所述栅汇流条上且与所述栅汇流条连接的汇流导电层。通过汇流导电层施加栅极信号给栅汇流条。当本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘栅双极晶体管，其特征在于，包括：体层，所述体层包括元胞区和环绕元胞区的过渡区，所述过渡区包括汇流区；栅极结构，位于部分元胞区上或者部分元胞区中；位于汇流区上的栅汇流条，所述栅汇流条与栅极结构的部分边缘之间具有第一开口；镇流结构，位于汇流区中且延伸至第一开口底部的部分元胞区中；阱区，位于栅极结构周围的部分元胞区中，第一开口底部的体层中具有阱区，所述阱区的导电类型与所述镇流结构的导电类型相同；位于阱区的顶部区域中的源掺杂区，所述源掺杂区的导电类型与所述阱区的导电类型相反，所述源掺杂区与所述镇流结构间隔。2.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，还包括：位于所述栅汇流条上且与所述栅汇流条连接的汇流导电层。3.根据权利要求2所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，还包括：发射电极层，位于所述阱区上且延伸至第一开口中，所述发射电极层与所述源掺杂区和阱区连接，所述发射电极层还与第一开口底部的镇流结构连接；镇流导电层，所述镇流导电层位于所述栅汇流条侧部的部分镇流结构上，所述镇流导电层位于汇流导电层背离所述发射电极层的侧部，所述镇流导电层与所述发射电极层等电位。4.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述栅极结构位于部分元胞区上，所述栅汇流条与栅极结构的部分边缘连接。5.根据权利要求1所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，当所述栅极结构位于部分元胞区上时，所述源掺杂区还延伸至部分栅极结构的底部；当所述栅极结构位于部分元胞区中时，所述源掺杂区位于栅极结构的侧部且与栅极结构邻接。6.根据权利要求2或3所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述过渡区还包括栅焊盘区，所述汇流区与所述栅焊盘区连接；所述绝缘栅双极晶体管还包括：位于所述栅焊盘区上的栅导通层，所述栅导通层与所述栅汇流条连接；位于所述栅导通层上的导通导电层，所述导通导电层与所述汇流导电层连接，所述导通导电层与所述汇流导电层构成封闭的环状结构。7.根据权利要求6所述的绝缘栅双极晶体管，其特征在于，所述栅焊盘区位于元胞区的边角处一侧；或者，所述栅焊盘区具有相对的第一侧和第二侧以及相对的第三侧和第四侧，自第一侧至第二侧的方向垂直于自第三侧至第四侧的方向，所述元胞区仅包...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明超，金锐，王耀华，刘江，李立，晁武杰，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：